ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΑ ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΕΣΗΣ, ΠΑΛΑΙΟΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗ ΕΞΈΛΙΞΗ ΚΑΙ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΓΕΝΕΣΗΣ ΥΔΡΟΓΟΝΑΘΡΑΚΩΝ ΤΩΝ ΜΕΙΟΚΑΙΝΙΚΩΝ ΑΠΟΘΕΣΕΩΝ ΤΟΥ ΝΗΣΙΟΥ ΤΗΣ ΖΑΚΥΝΘΟΥ

Πανεπιστήμιο Πατρών Τομέας Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΑ ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΕΣΗΣ, ΠΑΛΑΙΟΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗ ΕΞΈΛΙΞΗ ΚΑΙ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΓΕΝΕΣΗΣ ΥΔΡΟΓΟΝΑΘΡΑΚΩΝ ΤΩΝ ΜΕΙΟΚΑΙΝΙΚΩΝ ΑΠΟΘΕΣΕΩΝ ΤΟΥ ΝΗΣΙΟΥ ΤΗΣ ΖΑΚΥΝΘΟΥ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Αβραάμ Ζεληλίδης Μποτζιολής Χρύσανθος Πάτρα 2012

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΕΡΙΛΗΨΗ 4 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 5 2. ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ 6 2.1. Γεωτεκτονικές ζώνες της Ελλάδας 7 2.2.1. Ζώνη Παξών ή Προ-απούλια ζώνη 9 2.2.2. Ιόνια Ζώνη 11 3. ΓΕΝΙΚΟΤΕΡΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΖΑΚΥΝΘΟΥ 13 3.1. Τεκτονική 13 3.2. Ιζηματολογική ανάλυση 15 3.2.1. Υπολεκάνη Αλικανά (Προαπούλια ζώνη) 15 3.2.2. Υπολεκάνη Γέρακα (Ιόνια ζώνη) 19 3.3. Παλαιογεωγραφική Εξέλιξη 22 3.3.1. Μειόκαινο 22 3.3.2. Πλειόκαινο 23 3.3.3. Πλειστόκαινο 23 3.3.4. Ολόκαινο 24 4. ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΠΕΤΡΕΛΑΙΩΝ 26 4.1. Προέλευση πετρελαίου 26 4.1.1. Ανόργανη προέλευση 26 4.1.2. Οργανική προέλευση 26 4.2. Φυσικές και Χημικές ιδιότητες 27 4.3. Δημιουργία Πεδίων Υδρογονανθράκων 28 4.4. Τύποι κηρογόνου και σύνδεση τους με τους υδρογονάνθρακες 29 4.5. Πρωτογενής και Δευτερογενής μετανάστευση 32 4.4.1. Πρωτογενής μετανάστευση 33 4.5.2. Δευτερογενής μετανάστευση 33 4.6. Πορώδες 34 4.7. Διαπερατότητα 34 4.8. Περιβάλλοντα απόθεσης 36 4.8.1. Λιμναίες λεκάνες 36 4.8.2. Δέλτα 37 4.8.3. Θαλάσσιες λεκάνες 37 4.9. Αποτεμιευτήριο πέτρωμα 38 4.9.1. Ανθρακικοί ταμιευτήρες 38 4.9.2. Αμμούχοι ταμιευτήρες 38 4.10. Περιφερειακός μονωτήρας 38 4.11. Παγίδες 39 [2]

5. ΕΡΓΑΣΙΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ 41 5.1. Περιγραφή της υπό μελέτη περιοχής 41 5.2. Στρωματογραφικές στήλες 46 6. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ 53 6.1. Ανάλυση και ποσοτικός προσδιορισμός του ανθρακικού ασβεστίου (CaCO 3 ) 53 6.1.1. Μεθοδολογία της ανάλυσης του ανθρακικού ασβεστίου (CaCO 3 ). 53 6.1.2. Αποτελέσματα της ανάλυσης του ανθρακικού ασβεστίου (CaCO 3 ). 54 6.2. Ανάλυση και ποσοτικός προσδιορισμός του οργανικού άνθρακα (C org ) 57 6.2.1. Μεθοδολογία της ανάλυσης οργανικού άνθρακα (C org ). 57 6.2.2. Αποτελέσματα της ανάλυσης οργανικού άνθρακα (C org ). 58 6.3. Συγκριτική Σχέση Ανθρακικού Ασβεστίου (CaCO 3 ) και Οργανικού Άνθρακα (C org ). 61 6.4. Κοκκομετρική Ανάλυση 64 6.4.1. Μεθοδολογία για την κοκκομετρική ανάλυση 64 6.4.2 Αποτελέσματα της κοκκομετρικής ανάλυσης 66 7. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΑΝΑΛΥΣΕΩΝ 84 8. ΓΕΝΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 87 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 88 [3]

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διπλωματική με τίτλο «Περιβάλλοντα ιζηματογένεσης, παλαιογεωγραφική εξέλιξη και δυνατότητα γένεσης υδρογονανθράκων των Μειοκαινικών αποθέσεων του νησιου της Ζακύνθου», εκπονήθηκε στα πλαίσια της πτυχιακής εργασίας του τμήματος Γεωλογίας της σχολής Θετικών Επιστημών του Πανεπιστημίου Πατρών. Σε αυτό το σημείο θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους όσους συνέλαβαν και με βοήθησαν στην συγγραφή και την ολοκλήρωση της παρούσας εργασίας. Καταρχήν θα ήθελα να ευχαριστήσω: Τον επιβλέποντα της διπλωματικής εργασίας κ. Ζεληλίδη Αβραάμ, καθηγητή του Πανεπιστημίου Πατρών, για την βοήθεια που μου παρείχε τόσο στο θεωρητικό όσο και στο ερευνητικό μέρος της εργασίας μου καθώς και για την άψογη συνεργασία που είχαμε κατά την εκπόνηση της. Τον κ. Κοντόπουλο Νικόλαο, καθηγητή του Πανεπιστημίου Πατρών, για το συνεχές ενδιαφέρον του και για την βοήθεια που μου παρείχε στο εργαστηριακό κομμάτι της εργασίας μου. Επίσης ευχαριστώ θερμά: Τον Κτενά Δημήτριο, την Αναγνωστούδη Μιμή και τον Νικολάου Κωνσταντίνο για την βοήθεια που προσφέρανε κατά το εργαστηριακό μέρος της εργασίας. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω τους φίλους Γιαχαλή Αντριάννα, Βαθρακοκοίλης Ιάκωβος, Θεοδωροπούλου Θεοδώρα, Αγγέλη Στρατούλα, Κωστής Ανδρέας, Μόφορης Λεωνίδας, Μεταξά Ευγενία και Πετράκο Γεώργιο για τις μικρές ή μεγαλύτερες βοήθειες που μου προσέφερε καθένας έξ αυτών και την ηθική στήριξη που μου έδωσαν. ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των ιζηματολογικών και γεωχημικών χαρακτηριστικών των νεογενών σχηματισμών της νοτιοανατολικής Ζακύνθου από το χωριό Κερί έως και την Ιόνιο επώθηση, με κατεύθυνση την αναζήτηση πιθανών μητρικών πετρωμάτων υδρογονανθράκων. Στα τρία πρώτα κεφάλαια γίνεται βιβλιογραφική ανασκόπηση της γεωλογίας της Ζακύνθου καθώς και γενικότερα της περιοχής μελέτης. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφονται οι συνθήκες που απαιτούνται για την γένεση πεδίων υδρογονανθράκων, τα χαρακτηρίστηκα του οργανικού υλικού που εγκλωβίζεται στα ιζήματα και στον τρόπο δημιουργίας των μητρικών πετρωμάτων. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στην εργασία υπαίθρου, περιγραφή των τομών στις οποίες έγινε η δειγματοληψία και στο έκτο κεφάλαιο περιγράφονται οι γεωχημικές αναλύσεις, οι μέθοδοι κοκκομετρικής ανάλυσης που πραγματοποιήθηκαν και τα αποτελέσματα τους. Τέλος στο έβδομο και όγδοο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της παρούσας διπλωματικής εργασίας. [4]

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το νησί της Ζακύνθου είναι το νοτιότερο νησί των Ιονίων, βρίσκεται μεταξύ των 37 ο 38 και 37 ο 56 βορείου πλάτους και 20 ο 37 ανατολικού πλάτους. Έχει μία έκταση της τάξεως των 406 km 2, απέχει περίπου 17,1 km από τις δυτικές ακτές της Πελοποννήσου (από την Κυλλήνη νομού Ηλείας) και 15,3 km από τις νότιες ακτές της Κεφαλονιάς (το πλησιέστερο σ αυτήν νησί) (εικόνα 1.1). Εικόνα 1.1. Σκαρίφημα της ευρύτερης περιοχής του Ιονίου πελάγους, όπου φαίνεται η θέση της Ζακύνθου καθώς σημειώνονται και τα ρήγματα που επηρεάζουν την περιοχή. (Kokinou et al., 2005). Η υπο μελέτη περιοχή αποτελεί ένα πεδινό βύθισμα που αποτελείται από νεογενή κλαστικά ιζήματα και αλλουβιακές αποθέσεις. Βρίσκεται σε απόσταση 50 km πίσω από το Ελληνικό τόξο [5]

και Δ - ΝΔ του κύριου κορμού της Ελλάδας στο Ιόνιο Πέλαγος (εικόνα 1.1). Εκτείνεται ανατολικά του όρους Βραχίονα (που είναι ένα ασβεστολιθικό αντίκλινο με άξονα διέυθυνσης ΒΒΔ - ΝΝΑ και μέγιστο υψόμετρο τα 758 m) και δυτικά του διαπυρικού όγκου της γύψου που σε σημεία διαπερνά τα περιβάλλοντα τεταρτογενή ιζήματα, φτάνοντας σε ένα υψόμετρο των 500 m (εικόνα 1.2). Όρος Βραχίονας Τριαδικοί εβαπορίτες Κερί Εικόνα 1.2. Γεωλογικός χάρτης της Ζακύνθου (ΙΓΜΕ, 1980, φύλλο Ζάκυνθος). 2. ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ Το νησί της Ζακύνθου αποτελεί τμήμα της ενιαίας λεκάνης προχώρας της Πίνδου στο δυτικότερο άκρο της. Είναι λεκάνη πίεσης διαστολής λόγω της κίνησης της Αδριατικής πλάκας με την Απουλία πλάκα και είναι μέρος της παραυτόχθονης Απουλίας λιθοσφαιρικής πλάκας των Ελληνίδων οροσειρών, έχοντας πετρώματα από δύο διαφορετικές γεωτεκτονικές ζώνες των Ελληνίδων με διεύθυνση ΒΒΔ - ΝΝΑ. Στα δυτικά αποτελείται από την Προ-απούλια ζώνη ή ζώνη [6]

των Παξών και στα ανατολικά από την Ιόνια ζώνη όπου το όριο της καθορίζεται από την Ιόνιο επώθηση (Underhill, 1989). Βρίσκεται ανάμεσα σε ένα περιβάλλον σύγκλισης (ζώνη καταβύθισης) και περιοχών διαστολής. Χωρίζεται από την λοιπή Ελλάδα από ένα σύστημα γρήγορων βυθιζόμενων Πλειοτεταρτογενών λεκανών διαστολής και κυρίως από την λεκάνη της αύλακας της Ζακύνθου (Brooks & Ferentinos, 1984). 2.1. Γεωτεκτονικές ζώνες της Ελλάδας Οι Ελληνίδες οροσειρές αποτελούν συνέχεια του Διναρικού κλάδου του Αλπικού συστήματος αλύσεων ορέων. Κάθε γεωτεκτονική ζώνη αποτελεί μια αυτοτελή ενότητα και διακρίνεται από τις λοιπές καθώς συνίσταται από μια ορισμένη στρωματογραφική ακολουθία ιζημάτων λόγω ιδιαίτερων λιθολογικών χαρακτήρων, τεκτονικών συμπεριφορών και στοιχείων που εξαρτώνται από την εκάστοτε παλαιογεωγραφική της θέση (αύλακα, ύβωμα, χέρσος). Υποδιαιρούνται σε 14 γεωτεκτονικές ζώνες (εικόνα 2.1) που είναι γνωστές σαν Ελληνικές ζώνες. Από δυτικά προς τα ανατολικά διακρίνονται οι εξής ενότητες: 1. Ζώνη Παξών ή Προ-απούλια ζώνη 2. Ιόνια ζώνη 3. Ζώνη Γαβρόβου Τριπόλεως 4. Ζώνη Ωλονού Πίνδου 5. Ζώνη Παρνασσού Γκιώνας 6. Υποπελαγονική ζώνη ή ζώνη ανατολικής Ελλάδας 7. Αττικό-Κυκλαδική ζώνη 8. Πελαγονική ζώνη 9. Ζώνη Αλμωπίας 10. Ζώνη Πάϊκου Ζώνη Αξιού 11. Ζώνη Παιονίας 12. Περιροδοπική ζώνη 13. Σερβομακεδονική ζώνη 14. Ζώνη Ροδόπης Στην βιβλιογραφία δέχονται και σαν ξεχωριστές ζώνες, την ζώνη ή ενότητα της Βοιωτίας και την ενότητα «Τάλαια Όρη πλακώδεις ασβεστόλιθοι» ή Σειρά Plattenkalt. Πολλοί όμως τις θεωρούν κομμάτια άλλων ενοτήτων, όπου η ενότητα της Βοιωτίας ανήκει στην Υποπελαγονική ζώνη και η ενότητα «Τάλαια Όρη πλακώδεις ασβεστόλιθοι» ή Σειρά Plattenkalt ανήκει στην Ιόνια ζώνη. [7]

Εικόνα 2.1. Γεωτεκτονικός χάρτης της Ελλάδος, όπου Rh: η μάζα της Ροδόπης, Sm: η Σερβομακεδονική μάζα, Cr: η Περιροδοπική μάζα, (Pe: η ζώνη Παιονίας, Pa: η ζώνη Πάικου, Al: η ζώνη Αλμωπίας)= η ζώνη του Αξιού, Pi: η Πελαγονική ζώνη, Ac: η Αττικό-Κυκλαδική ζώνη, Sp: η Υποπελαγονική ζώνη, Pk: η ζώνη Παρνασσού Γκιώνας, P:η ζώνη Πίνδου, G:η ζώνη Γαβρόβου Τρίπολης, I:η Ιόνια ζώνη, Px: η ζώνη Παξών, Au: η ενότητα «Τάλαια Όρη πλακώδεις ασβεστόλιθοι», πιθανώς της Ιόνιας ζώνης. (Mountrakis et al., 1985.) [8]

Πρέπει να σημειώσουμε ότι οι κύριες ζώνες ενδιαφέροντος για την υπό μελέτη περιοχή είναι η ζώνη των Παξών ή Προ-απούλια ζώνη καθώς και η Ιόνια ζώνη και γι αυτό θα ακολουθήσει λεπτομερή ανάλυση τους στα υποκεφάλαια που ακολουθούν. 2.2.1. Ζώνη Παξών ή Προ-απούλια ζώνη Η ζώνη των Παξών (εικόνα 2.2) ονομάστηκε έτσι από τα νησιά Παξοί και οφείλει το όνομα της στον Renz (1940). Απ αυτόν αναφέρεται ότι είναι η πιο εξωτερική ζώνη των Ελληνίδων και ότι χαρακτηρίζεται από την απουσία του φλύσχη. Ονομάζεται επίσης και Προαπούλια επειδή αποτελεί το ανατολικό εσωτερικό περιθώριο της Απούλιας ζώνης στην περιοχή της νότιας Ιταλίας (Aubouin, 1959). Ακριβέστερα, η ζώνη αυτή παρεμβάλλεται ανάμεσα στην Απούλια πλατφόρμα και στην Ιόνια αύλακα και κατέχει το εσωτερικό περιθώριο της πρώτης. Αποτέλεσμα της παλαιογεωγραφικής αυτής της θέσης της ζώνης των Παξών, στην κατωφέρεια της Απούλιας πλατφόρμας, είναι οι συχνοί ορίζοντες μικρό-λατυποπαγών ασβεστόλιθων που υπάρχουν στη σειρά των στρωμάτων της ζώνης αυτής. Τα νησιά Παξοί και Αντίπαξοι, το δυτικό τμήμα της Λευκάδας, το μεγαλύτερο τμήμα της Κεφαλονιάς και της Ζακύνθου δομούνται από σχηματισμούς της ζώνης των Παξών, οι οποίοι έχουν συναντηθεί και στην περιοχή των Φιλιατρών σε μια βαθιά γεώτρηση (3.800m), που εκτελέστηκε στην περιοχή. Το μεγαλύτερο όμως τμήμα της ζώνης των Παξών, είναι βέβαιο ότι βρίσκεται κάτω από την θάλασσα του Ιονίου πελάγους και χαρακτηρίζεται από μια συνεχή σειρά από νηριτικά ανθρακικά πετρώματα, που η απόθεση τους αρχίζει από το Άνω Τριαδικό και συνεχίζεται μέχρι και το Ολιγόκαινο. [9]

Εικόνα 2.2. Λιθοστρωματογραφική στήλη Προαπούλιας (Παξών) ζώνης (Karakitsios & Rigakis, 2007) 1)θαλάσσιες μάργες, 2) θαλάσιες μάργες και άμμοι (με μαύρο: ενδιαστρώσεις λιγνίτη), 3) εβαπορίτες, 4) ασβεστόλιθοι συχνά μαργαϊκοί, 5) πελαγικοί ασβεστόλιθοι ή μαργαϊκοί ασβεστόλιθοι, 6) ασβεστόλιθοι μικτής πελαγικής νηριτικής φάσης, ορισμένες φορές με λατυποπαγείς ορίζοντες, 7) πελαγικοί ασβεστόλιθοι, 8) ασβεστόλιθοι μικτής πελαγικής νηριτικής φάσης με θραύσματα ρουδιστών, 9) πελαγικοί ασβεστόλιθοι με κόνδυλους και σπάνιες πυριτικές ενδιαστρώσεις, 10) κροκαλοπαγή με ασβεστολιθικά και μαγματικά στοιχεία, 11) πελαγικοί ασβεστόλιθοι συχνά μαργαϊκοί, 12) ασβεστόλιθοι, άργιλοι και ανυδρίτες, 13) ασβεστόλιθοι και δολομιτικοί ασβεστόλιθοι, ανυδρίτες και αργιλικές ενδιαστρώσεις, 14) εβαπορίτες με ενδιαστρώσεις αργίλων, 15) ασυμφωνία. [10]

2.2.2. Ιόνια Ζώνη Η ενότητα αυτή (εικόνα 2.3) έχει αναγνωρισθεί στα Ιόνια νησιά, στην Ήπειρο, στη Δυτική Στερεά και στη Βορειοδυτική Πελοπόννησο. Στη Ρόδο και την Κάρπαθο υπάρχουν ενότητες με στρωματογραφική κολώνα ακριβώς ίδια με της Ιόνιας ενότητας (π.χ. ενότητα Ακραμύτη). Στη βιβλιογραφία αναφέρεται και σαν Αδριατικοϊόνιος ζώνη. Το κύριο χαρακτηριστικό αυτής της ενότητας είναι ότι άλλαξε παλαιογεωγραφικές συνθήκες κατά τη διάρκεια της εξέλιξής της από το Τριαδικό μέχρι το Ανώτατο Ολιγόκαινο - Μειόκαινο. Η αλλαγή των παλαιογεωγραφικών συνθηκών εντοπίζεται χρονικά στο τέλος του Λιασίου όπου σταματάει η μέχρι τότε νηριτική ιζηματογένεση και αρχίζει πελαγική. Δηλαδή από το Τριαδικό μέχρι το Λιάσιο οι ενότητες Παξών, Μάνης, Ιόνια, Γαβρόβου και Τρίπολης αποτελούσαν μία ενιαία ανθρακική πλατφόρμα με ιζήματα ίδιας φάσης (νηριτικοί ασβεστόλιθοι). Από το Δογγέριο και μετά ο χώρος της Ιόνιας ενότητας βαθαίνει ενώ οι Παξοί και το Γάβροβο - Πύλος συνεχίζουν να δέχονται νηριτικά ιζήματα. Στη βάση της κολώνας μέχρι και το Ανώτερο Τριαδικό έχουμε ιζηματογένεση εβαποριτών. Στο Κάρνιο έχουμε τους μαύρους ασβεστόλιθους του Φουσταπήδημα (Renz, 1955). Στο Νόριο έχουμε δολομίτες «Haupt-dolomit», τους οποίους διαδέχονται οι νηριτικοί ασβεστόλιθοι του Παντοκράτορα (Renz, 1955). Στο Δογγέριο λαμβάνει χώρα η αλλαγή στις παλαιογεωγραφικές συνθήκες και στην αξονική περιοχή έχουμε απόθεση σχιστών αργίλων με Ποσειδώνιες, ενώ στις παρυφές έχουμε αποθέσεις φάσης ammonitico rosso με αμμωνίτες. Από το Μάλμιο μέχρι το Κατώτερο Σενώνιο ακολουθούν οι ασβεστόλιθοι της Βίγλας (Partch, 1887), οι οποίοι είναι πλακώδεις εν μέρει πυριτιωμένοι ασβεστόλιθοι. Από το Ανώτερο Σενώνιο μέχρι το Ηώκαινο έχουμε λατυποπαγείς ασβεστόλιθους σε εναλλαγή με πελαγικούς ασβεστόλιθους με βενθονική πανίδα από επαναϊζηματογένεση (θραύσματα ρουδιστών και τρηματοφόρων). Από το Ανώτερο Ηώκαινο (Πριαμπόνιο) μέχρι τη βάση του Ολιγοκαίνου (αλλάζει από περιοχή σε περιοχή μέσα στην ενότητα), αρχίζει η κλαστική ιζηματογένεση (φλύσχης) με χαρακτηριστικά στρώματα μετάβασης στον τυπικό φλύσχη. Η κλαστική ιζηματογένεση διαρκεί μέχρι το Κατώτερο Μειόκαινο (Ακουιτάνιο). [11]

Εικόνα 2.3. Συνθετική στρωματογραφική στήλη της Ιόνιας σειράς (Karakitsios & Rigakis 2007) 1: πηλίτες και ψαμμίτες, 2: κλαστικοί ασβεστόλιθοι με πυριτόλιθους, 3: πελαγικοί λατυποπαγείς ασβεστόλιθοι, 4: πελαγικοί ασβεστόλιθοι και πυριτόλιθοι, 5: μαργαϊκοί ασβεστόλιθοι με αργιλοπυριτικές διαστρώσεις, 6: φυλλώδεις μάργες, και πυριτόλιθοι, 7: πελαγικοί ασβεστόλιθοι με ελασματοβράγχια, 8: κονδυλώδεις ασβεστόλιθοι με αμμωνίτες, 9: μικριτικοί ασβεστόλιθοι με αμμωνίτες και βραχιονόποδα, 10: πελαγικοί ασβεστόλιθοι, 11: ασβεστόλιθοι πλατφόρμας, 12:πλακώδεις μαύροι ασβεστόλιθοι, 13: γύψος και αλάτι, 14: δολομίτες, 15: λατυποπαγή, 16: πελαγικό ελασματοβράγχιο (filament), 17: αμμωνίτης, 18: βραχιονόποδο. [12]

3. ΓΕΝΙΚΟΤΕΡΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΖΑΚΥΝΘΟΥ 3.1. Τεκτονική Η τεκτονική της Ζακύνθου μοιάζει αρκετά με αυτή των λοιπών Ιόνιων νήσων, αφού ανήκουν στις ίδιες γεωτεκτονικές ζώνες (την Προ-απούλια και την Ιόνιο ζώνη). Το κύριο τεκτονικό γεγονός είναι μια κύρια επώθηση (η Ιόνιος επώθηση) η οποία έχει διεύθυνση Β-ΒΔ, κλίση ανατολική και από ιζήματα χρονολογείται ότι έδρασε στο Κατώτερο Πλειόκαινο (εικόνα 3.1). Η επώθηση αυτή κατά την δράση της χώρισε την λεκάνη της Ζακύνθου σε δύο υπολεκάνες, την λεκάνη του Αλικανά (λεκάνη προχώρας) και την λεκάνη του Γέρακα (λεκάνη οπισθοχώρας). Ξεκινώντας από τα δυτικά (λεκάνη Αλικανά), παρουσιάζεται μια μέγα-αντίκλινική δομή (όρος Βραχίονας), η οποία αναπτύχθηκε στο Πλειστόκαινο. Έχει ΒΒΔ-ΝΝΑ διεύθυνση και τέμνεται από ένα μεγάλο αριθμό ρηγμάτων έχοντας είτε δυτική, είτε ανατολική κλίση, ΒΒΔ διεύθυνση και περιλαμβάνει σχηματισμούς από το Άνω-Κρητιδικό έως και το Πλειο-τεταρτογενές. Τα ρήγματα και οι πτυχές φαίνονται να ακολουθούν την επώθηση προς τα δυτικά της Ιόνιας ζώνης. Τα μεγαλύτερα από αυτά τα ρήγματα μετατοπίζουν κατά τόπους τον άξονα της μέγα-πτυχής, δημιουργώντας έτσι διαδοχικές τεκτονικές ταπεινώσεις τεμαχίων, επηρεάζοντας κλιμακωτά την μορφολογία της περιοχής. Η Προαπούλια ζώνη χαρακτηρίζεται από συμπιεστική τεκτονική μετά το Μειόκαινο (Sorel 1976, Underhill, 1989) που ακολουθείται από εφελκυστικού χαρακτήρα τεκτονική δραστηριότητα μετά το Πλειόκαινο (Underhill, 1989, Λέκκας, 1994). Αποτέλεσμα της συμπιεστικής τεκτονικής είναι η δημιουργία ανάστροφων ρηγμάτων και μια αξιοσημείωτη σμίκρυνση λόγω πτύχωσης. Τα ανάστροφα ρήγματα και οι πτυχές, που έχουν επηρεάσει την Προαπούλια ζώνη φαίνεται γενικά να ακολουθούν την επώθηση προς τα δυτικά της Ιόνιας ζώνης η οποία, ιδιαίτερα για τη Ζάκυνθο τοποθετείται στο όριο Μειοκαίνου Πλειοκαίνου. Ανατολικά της προαναφερθέντας δομής απατώνται Ηωκαινικοί και τριτογενή σχηματισμοί, οι οποίοι βυθίζονται προς τα ΑΒΑ με μία κλίση 25 ο 35 ο. Η βύθιση αυτή οδηγεί σε μία μορφολογική ταπείνωση, η οποία καλύπτεται από τα Πλειο-τεταρτογενή ιζήματα στα κεντρικά και ανατολικά τμήματα του νησιού. Οι παραπάνω δομές ανήκουν στην Προ-απούλεια ζώνη και όπως και στα λοιπά νησιά του Ιόνιου πελάγους φαίνεται να έχουν επηρεασθεί από ένα εφελκυστηκό τεκτονικό καθεστώς (Underhill, 1989; Λέκκας, 1993), που ακολουθήθηκε από ένα συμπιεστικό τεκτονικό καθεστώς (Underhill, 1989). [13]

Ιόνιος Επώθηση Όρος Βραχίονας Κερί Εικόνα 3.1. Γεωλογικός χάρτης της υπό μελέτη περιοχής (ΙΓΜΕ, 1980, φύλλο Ζάκυνθος ). Κατά την περίοδο από το Άνω Κρητιδικό έως το Κάτω Πλειόκαινο δρουν κανονικά συνιζηματογενή ρήγματα τα οποία συνοδεύονται από μία μικρή περιστροφή των διαφόρων ρηξιτεμαχών προς τα δυτικά και νοτιοδυτικά. Έτσι στα κατερχόμενα τεμάχη παρατηρούνται πλήρη στρωματογραφικές σειρές, ενώ στα ανερχόμενα τεμάχη παρατηρούνται μικρού πάχους και ελλιπείς σειρές, συχνά διαβρωμένες και επαναϊζηματοποιημένες. Πιο ανατολικά, στις περιοχές Ξυροκάστελο, Μελλάς και Αργάσι αναγνωρίστηκαν κανονικά ρήγματα που οριοθετούν τις τρεις μικρές λεκάνες και έχουν διευθύνσεις Β-ΒΔ. Τέλος, αναγνωρίστηκε ένα κύριο κανονικό ρήγμα (PZF) με διεύθυνση ΒΔ και κλίση ανατολική που οριοθετεί τα ιζήματα του Πλειοκαίνου (3 υπολεκάνες) με τα ιζήματα του Πλειστοκαίνου (4 σχηματισμοί) (εικόνα 3.2). Αυτό το ρήγμα επηρέασε και συνεχίζει να επηρεάζει την εξέλιξη όλου του ανατολικού τμήματος της Ζακύνθου. [14]

Εικόνα 3.2. Ροδοδιαγράμματα προσανατολισμού συνιζηματογενών ρηγμάτων Άνω Πλειοκαίνου, του σχηματισμού Νταβία στην λεκάνη του Γέρακα (Ξυροκάστελο, Μελλά και Αργάσι) (αριστερά) και Πλειστοκαίνου, περιφερειακά της λεκάνης της Ζακύνθου (Σχηματισμοί Γέρακα, Καλογερά, Άγιος Νικόλαος, Porto Roma) (δεξιά). (Zelilidis et al, 1998). s= κανονικά συνθετικά ρήγματα και t= μεταβατικά (transfer) ρήγματα Τέλος, αν και η σημερινή τεκτονική έχει μια διεύθυνση ΒΒΑ-ΝΝΔ, παλαιομαγνητικές μελέτες έδειξαν ότι η διεύθυνση αυτή δεν ανταποκρίνεται ακριβώς λόγω μίας δεξιόστροφης περιστροφής του νησιού, αλλά και της γενικότερης δυτικής Ελλάδας (περίπου 25 ο ) που έλαβε χώρα στο Πλειστόκαινο (τελευταία 5Ma με περιστροφή 5 ο /Ma) με αποτέλεσμα την εκ νέου διαμόρφωση των τεκτονικών μορφών (Laj et al., 1982; Kissel & Laj, 1988), αν και νέες μελέτες δείχνουν ότι η περιστροφή αυτή ήταν της τάξης των ~22 ο και έλαβε χώρα πριν από 0.77Ma έως σήμερα (Duermeijer et al., 1999). 3.2. Ιζηματολογική ανάλυση Αναγνωρίστηκαν διαφορετικά περιβάλλοντα ιζηματογένεσης στις δύο υπολεκάνες με διαφορετική ηλικία απόθεσης, ανάλογα σε ποία γεωτεκτονική ζώνη ανήκουν αλλά και στα περιβάλλοντα που αναπτύχθηκαν. Ειδικότερα: 3.2.1.Υπολεκάνη Αλικανά (Προαπούλια ζώνη) Παρατηρείται μια ιζηματογενή ακολουθία (Άνω Κρητιδικό Πλειο-τεταρτογενές) η οποία κλίνει ανατολικά. Κατά κύριο λόγο η ιζηματογένεση από το Άνω Κρητιδικό μέχρι το Κάτω Ηώκαινο ήταν ανθρακική και πραγματοποιήθηκε σε μία ενιαία λεκάνη (Δεμιρτζάκης, 1978), που καταλάμβανε περίπου το 50% του νησιού (από την περιοχή του Κεριού έως το ακρωτήριο Σχινάρι) και οριοθετούταν δυτικά από το ύβωμα της Απούλιας. [15]

Πρόκειται για υπολιθογραφικούς λεπτοπλακώδεις έως πάχυπλακώδεις απολιθωματοφόρους ασβεστόλιθους με παρουσία Ρουδιστών και Τρηματοφόρα που δηλώνουν νηριτική ιζηματογένεση και εναλλάσσονται με μικρολατυποπαγείς ασβεστόλιθους, με συνολικό πάχος να ξεπερνά τα 500m. Κατά το Άνω Παλαιόκαινο η ιζηματογένεση εξακολουθεί να είναι ανθρακική, ωστόσο έχει μικρή έκταση αφού διαπιστώθηκε σε ορισμένες μόνο περιοχές, όπως ΒΔ του ακρωτηρίου Κατασταρίου, δυτικά του όρμου των Αλυκών και στη Ν. Ζάκυνθο (Μίρκου, 1974; Horstmann, 1967). Πρόκειται για εναλλαγές νηριτικών ασβεστόλιθων με μικρολατυποπαγείς ασβεστόλιθους με κοράλλια, έχοντας ένα πάχος λίγων μόνο μέτρων. Επιπροσθέτως, παρατηρείται μία γωνιώδη ασυμφωνία μεταξύ των ιζημάτων του Μαιστρίχτιου και Παλαιόκαινου (τέλεια απουσία του Κάτω Παλαιόκαινου), που έχει αποδοθεί σε ασθενή τεκτονική δράση κατά το τέλος του Μαιστρίχτιου και την ακόλουθη επίκληση της θάλασσας κατά το Άνω Παλαιόκαινο. Κατά το Ηώκαινο υπάρχει απόθεση σχηματισμών σε όλο το νοτιοδυτικό τμήμα της Ζακύνθου, αλλά και βορειότερα με μία λεπτή ζώνη μέχρι το χωριό Σκουλικάδο και βόρεια του ακρωτηρίου Κατασταρίου με συνολικό πάχος να ξεπερνά τα 300m. Στην περιοχή του Κεριού υπάρχει μία ομαλή μετάβαση ιζημάτων από το Κρητιδικό στο Ηώκαινο με πελαγικούς ασβεστόλιθους, υποδηλώνοντας έτσι και την σταδιακή αύξηση του βάθους της θάλασσας κατά το Άνω Ηώκαινο. Στις κεντρικές περιοχές υπάρχει αποσφήνωση των ιζημάτων, με αποτέλεσμα να χάνονται στην περιοχή του χωριού Σκουλικάδο. Βόρεια του ακρωτηρίου του Καταστάρι, οι σχηματισμοί του Ηωκαίνου επικάθονται σύμφωνα πάνω στους ανωπαλαιοκαινικούς σχηματισμούς, αλλά επικάθονται ασύμφωνα στους ασβεστόλιθους του Άνω Κρητιδικού (Μίρκου, 1974; Νικολάου, 1986). Μπορούμε να χωρίσουμε τους Ηωκαινικούς σχηματισμούς σε δύο σειρές (Δερμιτζάκης, 1978). Στην ανώτερη αποτελούμενη από υφαλώδεις άστρωτους ασβεστόλιθους και την κατώτερη από εναλλαγές πελαγικών ασβεστόλιθων με παρεμβολές μαργών και μικρολατυποπαγών ασβεστόλιθων με παρουσία κοραλλιών και Τρηματοφόρων. Η μεταξύ τους επαφή φαίνεται να είναι ελαφρά «διαταραγμένη» και μπορεί να συνδεθεί με την επίκληση του μέσου-ανώτερου Ηώκαινου. Κατά το Ολιγόκαινο διακρίνεται μία στενή ζώνη πλάτους από 100m έως και τα 2km, η οποία επικάθεται ασύμφωνα με τους ασβεστόλιθους άλλοτε Ηωκαινικής και άλλοτε Κρητιδικής ηλικίας. Η ασυμφωνία αυτή δεν είναι ορατή, αλλά η παρουσία μικρολατυποπαγών ασβεστόλιθων (στη βάση του Ολιγοκαίνου) με στοιχεία μεταφερμένα από τους Κρητιδικούς και Ηωκαινικούς ασβεστόλιθους αναγκάζει τους ερευνητές να δεχτούν την ύπαρξη της (Μίρκου, 1974). [16]

Προς τα πάνω οι λατυποπαγείς ασβεστόλιθοοι μεταβαίνουν σε κίτρινους μαργαϊκούς ασβεστόλιθους και από πάνω σε υφαλώδεις ασβεστόλιθους που αποτέθηκαν κατά την Αλπική περίοδο και αποτελούν τους τελευταίους μάρτυρες αβαθούς θάλασσας (Μίρκου, 1974). Στην περιοχή του Κεριού βρέθηκαν Ολιγοκαινικές αποθέσεις πάχους 60-70m, στην περιοχή Παντοκράτωρα βρέθηκαν ιζήματα πάχους 5-6m, αλλά σε περιοχές του Αγίου Νικολάου παρατηρήθηκε απουσία τους, έτσι συμπεραίνουμε ότι η απόθεση είτε ήταν επιλεκτική σε ορισμένες βυθισμένες περιοχές, είτε αποτέθηκαν και διαβρώθηκαν πριν την απόθεση του Μειόκαινου (Νικολάου, 1986). Στην περιοχή Κερί παρατηρούνται αποθέσεις υφαλοκρηπίδας που αποτελούνται από εναλλαγές πηλούχων και αμμούχων στρωμάτων. Με τον πηλό να επικρατεί στα κατώτερα τμήματα και την άμμο στα ανώτερα, δείχνοντας έτσι το σταδιακό μπάζωμα της λεκάνης. Αυτά έρχονται σε επαφή με τους ασβεστόλιθους στο δυτικό μέρος του νησιού με ρήγμα (όρος Βραχίονας). Η ηλικία τους είναι Τορτόνιο (Ανώτερο Μειόκαινο) και η κύρια εμφάνιση αυτών των ιζημάτων βρίσκεται στην περιοχή Κερί. Πάνω από την προαναφερθείσα ακολουθία αναπτύσσονται εβαπόριτες ηλικίας Μεσσήνιου. Η δημιουργία των εβαποριτών αυτών οφείλεται στην Μεσσήνια κρίση, όπου με το κλείσιμο του στενού του Γιβραλτάρ έχουμε πτώση της στάθμης της θάλασσας κατά 300 με 500 m. Έτσι, έχουμε τη δημιουργία εβαποριτών οι οποίοι είναι πλαστικοί, δεν σπάνε και μπορούν να αποτελέσουν την ιδανική μόνωση ενός ρεζερβουάρ όπου συγκεντρώνονται υδρογονάνθρακες. Στη Δυτική περιοχή της λεκάνης και ειδικότερα στην περιοχή του Αγίου Σώστη αναπτύσσεται μία ακολουθία ιζημάτων τουρβιδιτικής γένεσης που στο κατώτερο τμήμα έχει τουρβιδιτικούς γύψους (εικόνα 3.2) και στο ανώτερο τουρβιδιτικούς ψαμμίτες, με ηλικία Κατώτερο Πλειόκαινο. Στον όρμο του Αγίου Σώστη, πλευρικά και πάνω από τους τουρβιδίτες αναπτύσσονται αποθέσεις υφαλοκρηπίδας, επίσης Πλειόκαινου, με χαρακτηριστικό γνώρισμα της παρουσίας hummocky διασταυρούμενης στρώσης που παρατηρείται σε καταστάσεις θυελλών και σε βάθος μικρότερο των 50m (εικόνα 3.3). [17]

Εικόνα 3.2. Τουρβιδιτικοί γύψοι στην περιοχή του Αγίου Σώστη. Εικόνα 3.3. Hummocky διασταυρούμενη στρώση στην περιοχή του Αγίου Σώστη. Στην περιοχή Καλαμάκι στα ανατολικά και νότια της λεκάνης αναγνωρίστηκαν 14 κύκλοι με εναλλαγές πηλιτικών στρωμάτων και εβαποριτών του Μεσσήνιου. Επίσης, αναγνωριστήκαν και τουλάχιστον 6 κύκλοι με τουρβιδιτικές αποθέσεις εναλλαγών τουρβιδιτικής γύψου και τουρβιδιτικού πηλού, που δηλώνουν ένα περιβάλλον υποθαλάσσιου ριπιδίου βάθους τουλάχιστον 300m. Πάνω από τα προηγούμενα ιζήματα επωθούνται Τριαδικοί γύψοι, του όρους Τροόδους, εξαιτίας της Ιόνιας επώθησης. Στη θέση Παναγούλα που είναι βορειότερα της θέσης του Καλαμακίου απουσιάζουν οι Μεσσήνιοι γύψοι και υπάρχει ακολουθία ιζημάτων με Τορτόνιους πηλούς στη βάση και Πλειοκαινικής ηλικίας ψαμμίτες στην οροφή με ασύμφωνη σχέση. Στα βορειότερα τμήματα αυτής της λεκάνης, στην πόλη της Ζακύνθου και μέχρι το ακρωτήριο Κρυονέρι, υπάρχει μία ακολουθία ιζημάτων που στην βάση της αποτελείται από εναλλαγές πηλών και αργίλων που σταδιακά πλευρικά με βορειοανατολική διεύθυνση και προς τα πάνω, περνάμε σε ψαμμίτες που χαρακτηρίζονται από την hummocky διασταυρούμενη στρώση και από φακούς (εικόνα 3.4). [18]

Εικόνα 3.4. Hummocky διασταυρούμενη στρώση και παρουσία φακών στην περιοχή Κρυονερίου, ΒΑ της λεκάνης Αλικανά. 3.2.2.Υπολεκάνη Γέρακα (Ιόνια ζώνη) Νότια της περιοχής του ακρωτηρίου Davia αναπτύσσονται οι Τριαδικοί σχηματισμοί, αποτελούμενοι από λατυποπαγή, γύψους, ανυδρίτες και μαύρους βιτουμενιούχους ασβεστόλιθους. Τα λατυποπαγή είναι άστρωτα, ακανόνιστα, με επανασυγκολιμένα ασβεστολιθικής και δολομιτικής σύστασης τεμάχια γκρίζου έως μαύρου χρώματος και περιβάλλουν την γύψο. Η γύψος μακροσκοπικά είναι μικροκρυσταλλική, στρωματώδης ή κονδυλώδης. Μέσα στη μάζα των γύψων παρατηρούνται λατύπες από μαύρους έως γκρίζους δολομίτες και ασβεστόλιθους, που οφείλονται στην διαπυρική κίνηση των εβαποριτών. Στην περιοχή Πόρτο Ζόρο και Ξηροκάστελο παρατηρούνται μεταβατικές ζώνες από γύψους με ενδιαστρώσεις ανθρακικών πετρωμάτων, σε λατυποπαγή. Οι Τριαδικοί εβαπορίτες βρίσκονται σε τεκτονική επαφή με τα υπερκείμενα νεογενή ιζήματα, όπου κατά τόπους τα εφιππεύουν προς όλες τις διευθύνσεις, δείχνοντας έτσι την παρουσία ενός κεντρικού διάπυρου.οι μαύροι μικροκοκκώδεις βιτουμενιούχοι ασβεστόλιθοι αποτελούν τους γνωστούς ασβεστόλιθους Cardita της Ιόνιας ζώνης, οι οποίοι στρωματογραφικά είναι υπερκείμενοι των γύψων. Για την καλύτερη παρουσίαση και ανάλυση των δεδομένων μας η περιοχή χωρίστηκε σε δύο υποπεριοχές, μια κοντά στην επώθηση και μια μακριά από την επώθηση. Η υποπεριοχή κοντά στην επώθηση περιορίζεται ανατολικά από το ρήγμα PZF, ενώ αντίθετα η υποπεριοχή μακριά από την επώθηση αναπτύσσεται στην οροφή του PZF (εικόνα 3.5). [19]

Εικόνα 3.5. Σκαρίφημα της υπολεκάνης του Γέρακα, των τριών υπολεκανών που οριοθετούνται από ρήγματα και τα ιζήματά τους (Zelilidis et, al, 1998). 3.2.2.1.Υποπεριοχή κοντά στην επώθηση Λόγω ρηγμάτων οριοθετούνται 3 υπολεκάνες (Αργάσι, Ξυροκάστελο, Μελλάς) ηλικίας ανωτέρου Πλειοκαίνου (εικόνα 3.5). Και οι 3 υπολεκάνες έχουν ιζηματογενή ακολουθία με μέγιστο πάχος 100m και με αυξανόμενο κοκκομετρικό μέγεθος προς τα πάνω. Στο κέντρο της λεκάνης υπάρχει άργιλος και από πάνω εναλλαγές αργίλου και ψαμμίτη. Κοντά στα ρήγματα που οριοθετούν τις λεκάνες υπάρχουν κροκαλοπαγή σχετικά μικρού πάχους και μικρού κοκκομετρικού μεγέθους. 3.2.2.2.Υποπεριοχή μακριά από την επώθηση Στην περιοχή Porto Roma (ανατολικό τμήμα του νησιού) αναγνωρίστηκαν δύο ακολουθίες ιζημάτων Πλειστοκαινικής ηλικίας που αποτελούνται από αργιλικό υλικό (σχηματισμός Γέρακα) και στη βάση του αναγνωρίστηκε ένα δελταϊκό ριπίδιο που αποτελείται από ένα μικρό κροκαλοπαγές κοντά στην επαφή με το ρήγμα Porto Zoro και ψαμμιτικό υλικό (σχηματισμός Καλογερά). Στην ανώτερη ακολουθία η βάση της αποτελείται από πηλούχα στρώματα μικρού πάχους (Porto Roma) και στην οροφή υπάρχει ψαμμίτης (Άγιος Νικόλαος) με χαρακτηριστική παρουσία της σκαφοειδής διασταυρούμενης στρώσης. Στο σχηματισμό Καλογερά αναγνωρίστηκαν φαινόμενα διαπυρισμού που δεν επηρέασαν τους υπερκείμενους σχηματισμούς αφού δεν τους διακόπτουν την πλευρική συνέχεια (εικόνα 3.6 και [20]

3.7). Διαπυρισμός καλείται το φαινόμενο της παραμόρφωσης των ιζηματογενών πετρωμάτων, κατά τη διάρκεια ορογενετικών δυνάμεων, με αποτέλεσμα να σχηματιστούν δόμοι ή θόλοι, δηλαδη ημισφαιρικοί τεκτονικοί σχηματισμοί. Ο διαπυρισμός φαίνεται ότι έλαβε χώρα ταυτόχρονα με την ιζηματογένεση επηρεάζοντας τη βαθυμετρία της λεκάνης, προκαλώντας υποθαλάσσιες ολισθήσεις και παράγοντας χαρακτηριστικές πτυχές recobedit (εικόνα 3.8). Για να σχηματιστούν οι ολισθήσεις σημαίνει ότι ο ψαμμίτης του σχηματισμού Καλογερά ήταν κάτω από την στάθμη του νερού κατά την διάρκεια του διαπυρισμού. Αντίθετα οι ψαμμίτες του Αγίου Νικολάου που περιέχουν σκαφοειδή διασταυρούμενη στρώση, μας υποδηλώνουν ένα ποιο χερσαίο περιβάλλον, με το επίπεδο της θάλασσας να ήταν ± 1m. Εικόνα 3.6. Φαινόμενα διαπυρισμού στον σχηματισμό του Καλογερά. Εικόνα 3.7. Πλευρική μετάβαση από τον σχηματισμό Καλογερά στον σχηματισμό του Πόρτο Ρόμα. [21]

Εικόνα 3.8. Πτυχή recobedit στον σχηματισμό του Καλογερά. Η ηλικία των τεσσάρων αυτών σχηματισμών είναι Κατώτερο Πλειστόκαινο και εκτός αυτών των σχηματισμών και πάνω από αυτούς σε ασύμφωνη σχέση αναγνωρίστηκε μία ακολουθία ιζημάτων Ολοκαινικής ηλικίας. Στο νότιο μέρος (κόλπος Γέρακα) έχει γεωμετρία σφήνας με πάχος 5m δυτικά που σε μία απόσταση 200m ανατολικά μηδενίζεται, λόγω της παρουσίας λιστρικού ρήγματος (PZF). Αυτό δηλώνει τη σύγχρονη με τη δράση του ρήγματος ιζηματογένεση. Στη βάση αυτής έχουμε θαλάσσιους αναβαθμούς που προς τα πάνω περνούν σε χερσαίες αποθέσεις με έντονη παρουσία τύρφης (κοκκινοκαστανοκαφέ χρώματος). Στο βόρειο τμήμα της περιοχής (Porto Zoro) έχουμε παρουσία παράκτιων αναβαθμών με φυτικά λείψανα αλλά απουσία χερσαίων ιζημάτων. 3.3. Παλαιογεωγραφική Εξέλιξη 3.3.1. Μειόκαινο 3.3.1.1. Τορτόνιο Στην διάρκεια του Ανώτερου Μειόκαινου η περιοχή μελέτης αποτελούσε το δυτικό περιθώριο της λεκάνης προχώρας της Πίνδου όπου όμως η λεκάνη είχε μικρότερο βάθος, πιο ομαλή κλίση ανάγλυφου και αναπτύχθηκαν αποθέσεις υφαλοκρηπίδας. 3.3.1.2. Μεσσήνιο Στο Μεσσήνιο έχουμε την Μεσσήνια κρίση κατά την οποία κλίνει το Γιβραλτάρ και έτσι η μεσόγειος γίνεται κλειστή λεκάνη. Την ίδια περίοδο έχουμε έντονη εξάτμιση και η μικρή παροχή γλυκού νερού έχει ως αποτέλεσμα να αυξάνουν τα επίπεδα αλμυρότητας αφού μειώνεται η στάθμη της θάλασσας κατά 300-500m. Έτσι αρχίζει η ιζηματογένεση των εβαπορίτων. Στην λεκάνη της Ζακύνθου βλέπουμε ότι στην δυτική της περιοχή (Άγιος Σώστης) υπάρχει μόνος ένας κύκλος εβαπορίτων σε αντίθεση με την ανατολική περιοχή (Καλαμάκι) όπου βρέθηκαν 14 κύκλοι. Η παραπάνω διαφοροποίηση μπορεί να εξηγηθεί λόγω διαφορετικής τεκτονικής [22]

συμπεριφοράς από περιοχή σε περιοχή και ευστατικών αλλαγών με αποτέλεσμα εναλλαγές κλαστικής και εβαποριτικής ιζηματογένεσης. Γνωρίζουμε ότι η λεκάνη κατά την Μεσσήνια κρίση κλείνει με αποτέλεσμα η ιζηματογένεση από κλαστική να γίνεται εβαποριτική. Λόγω όμως τεκτονικής η λεκάνη βυθίζεται και έχουμε ξανά κλαστική ιζηματογένεση. Έτσι, οι 14 κύκλοι στο ανατολικό κομμάτι της λεκάνης σημαίνουν ότι έχουμε ξήρανση και μετά βύθιση της λεκάνης με εισροή νερού. Επίσης, στην περιοχή Παναγούλα έχουμε απουσία των εβαπορίτων που αυτό δείχνει ότι είτε δεν αποτέθηκαν ποτέ είτε διαβρώθηκαν. 3.3.2. Πλειόκαινο Κατά το Πλειόκαινο έχουμε την δράση της Ιόνιας επώθησης με αποτέλεσμα τον χωρισμό της αρχικής λεκάνης σε δύο υπολεκάνες (λεκάνη Αλικανά και Γέρακα). Αυτή την περίοδο έχουμε και την διάβρωση των ανυψωθέντων τεμαχων (οπου υπήρχαν τα ιζήματα του Μεσσηνίου και Τορτονίου), τα οποία λειτουργούν ως πηγή τροφοδοσίας για τον σχηματισμό των τουρβιδιτικών γύψων και τουρβιδιτικών ψαμμιτών. Η εξέλιξη των τουρβιδιτών στην λεκάνη του Αλικανά δείχνει βαθειά απόθεση σε λεκάνη προχώρας που δημιουργήθηκε εξαιτίας της δράσης της Ιόνιας επώθησης. Στην περιοχή του Αγίου Σώστη η απόθεση ιζημάτων υφαλοκρηπίδας πάνω από τους τουρβιδίτες δείχνει σταδιακή μείωση του βάθους και πλήρωση της λεκάνης. Η απουσία του Μειοκαίνου νότια δείχνει ότι η λεκάνη εξελίχθηκε ΒΑ (περιορισμός) και ότι έχουμε ασύμμετρη βύθιση του ρήγματος. Στην περιοχή του Γέρακα αναγνωρίστηκαν κανονικά ρήγματα τα οποία οριοθετούν τρείς λεκάνες (Μελλάς, Ξυρόκαστρο, Αργάσι), οι οποίες δημιουργούνται σύγχρονα με τη δράση της Ιόνιας επώθησης και λόγω της γρήγορης ανύψωσης έχουν μικρή διάρκεια ζωής, μόνο κατά το κατώτερο Πλειοκαινο. 3.3.3. Πλειστόκαινο Στην λεκάνη του Αλικανά η ιζηματογένεση περιορίζεται ΒΑ δείχνοντας έτσι και την εξέλιξη της λεκάνης όπου αναπτύσσονται ιζήματα υφαλοκρηπίδας στην περιοχή του Κρυονερίου. Την ίδια περίοδο η λεκάνη του Γέρακα περιορίζεται ανατολικά και στην οροφή του ρήγματος PZF παρατηρούνται δύο κύκλοι ιζηματογένεσης (Γέρακας, Καλογέρι Porto Roma, Άγιος Νικόλαος) δείχνοντας ότι το ρήγμα πρέπει να λειτούργησε τουλάχιστον δύο φορές αυτή την περίοδο. Επίσης η σκαφοειδής διασταυρούμενη στρώση στον Άγιο Νικόλαο που δείχνουν χερσαίο-ρηχό περιβάλλον και τα διάπυρα πτυχές στον σχηματισμό Καλογερά δείχνουν ότι τα ιζήματα του Καλογερά αποτέθηκαν σε πιο βαθειά λεκάνη σε σχέση με τα ιζήματα του Αγίου Νικολάου. [23]

Εικόνα 3.9. Σκαρίφημα της παλαιογεωγραφικής εξέλιξης της περιοχής μελέτης στη διάρκεια του Πλειόκαινου Πλειστόκαινου (Zelilidis et al, 1998). 3.3.4.Ολόκαινο Έχουμε επαναδραστηριοποίηση του ρήγματος PZF βυθίζοντας την περιοχή και λόγω των διαφορετικών περιβαλλόντων που αναπτύσσονται από βορρά προς νότο, προκύπτει ότι η βύθιση γινόταν με διαφορετικό ρυθμό (η δημιουργία αυτής της σφηνοειδούς δομής μας δείχνει και την ληστρική γεωμετρία του ρήγματος). Έτσι επειδή βόρεια έχουμε παράκτιο περιβάλλον και νότια έχουμε χερσαίο φαίνεται ότι το ρήγμα βυθιζόταν με μεγαλύτερο ρυθμό στα βόρεια σε σχέση με νότια. Τέλος φαίνεται ότι η ιζηματογένεση έλαβε χώρα σύγχρονα με την δράση του ρήγματος λόγω της γεωμετρίας της ιζηματογενούς ακολουθίας. [24]

Εικόνα 3.10. Σκαρίφημα της παλαιογεωγραφικής εξέλιξης της περιοχής μελέτης από το Μειόκαινο έως σήμερα. (Zelilidis et al., 1988). [25]

4. ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΠΕΤΡΕΛΑΙΩΝ Τι είναι η «Γεωλογία Πετρελαίων»; Γεωλογία πετρελαίων είναι ο κλάδος της Γεωλογίας που στηριζόμενος σε ιζηματολογικές - στρωματογραφικές, τεκτονικές, γεωχημικές και παλαιογεωγραφικές πληροφορίες, βγάζει συμπεράσματα για τη: Δυνατότητα ανάπτυξης πεδίων υδρογονανθράκων σε μία περιοχή Εύρεση πιθανών θέσεων γένεσης και αποθήκευσης των πεδίων υδρογονανθράκων Εύρεση πιθανών θέσεων για την κατασκευή γεωτρήσεων με σκοπό την αξιοποίηση του πεδίου 4.1. Προέλευση πετρελαίου Σχετικά με την προέλευση των ορυκτών υδρογονανθράκων, διατυπώθηκαν διάφορες θεωρίες που βασίζονται σε δύο διαφορετικές απόψεις. Οι απόψεις αυτές διακρίνονται σε αυτή που υποστηρίζει την ανόργανη προέλευση των υδρογονανθράκων και σε αυτή που υποστηρίζει την οργανική προέλευση τους. 4.1.1. Ανόργανη προέλευση Πολλοί από τους υποστηριχτές αυτής της θεωρίας θεωρούσαν ότι η προέλευση των ορυκτών υδρογονανθράκων ήταν κοσμική. Άλλοι όμως, λόγο της ύπαρξης ιχνών υδρογονανθράκων μέσα στα ηφαιστειακά αέρια, προσπαθούσαν να συνδέσουν τις πετρελαϊκές εμφανίσεις με την γεωγραφική κατανομή των ηφαιστείων. Τέλος, υπήρχαν και αυτοί που θεωρούσαν ότι οι υδρογονάνθρακες σχηματίζονται στο εσωτερικό της Γης, λόγω αντιδράσεων ελεύθερων αλκαλικών μετάλλων με CO 2 σε υψηλές θερμοκρασίες. 4.1.2. Οργανική προέλευση Οι υποστηριχτές αυτής της θεωρίας, δέχονται ότι οι υδρογονάνθρακες προέρχονται από την αποικοδόμηση της νεκρής φυτικής και ζωικής οργανικής ύλης λόγω της βακτηριακής δράσης σε αναερόβιες συνθήκες, όπως φαίνεται και στην εικόνα 4.1. Σε γενικές γραμμές, η νεκρή φυτική οργανική ύλη έχει μεγαλύτερη τάση για παραγωγή αέριων υδρογονανθράκων, ενώ η νεκρή ζωική οργανική ύλη έχει τάσεις πετρελαιογένεσης. [26]

Εικόνα 4.1. Δημιουργία του οργανικού υλικού (Σταματάκη, 2005). 4.2. Φυσικές και Χημικές ιδιότητες Το πετρέλαιο είναι υγρό, ελαιώδες ή παχύρευστο, με καστανό χρώμα, χαρακτηριστική δυσάρεστη οσμή, αδιάλυτο στο νερό και ελαφρύτερο από αυτό. Αποτελείται από ενώσεις άνθρακα και υδρογόνου, αλλά και από άλλα συνθετικά αζώτου, θείου και οξυγόνου. Έτσι διακρίνονται τρείς ομάδες συνθετικών: Κορεσμένοι υδρογονάνθρακες (δομή διπλής αλυσίδας), Ναφθένες (με δομή κορεσμένου κλειστού δακτυλίου) και Αρωματικοί υδρογονάνθρακες (δομή ακόρεστου κλειστού δακτυλίου). Στα περισσότερα πετρέλαια, υπάρχουν και ενώσεις χλωριούχου νατρίου. Το οργανικό υλικό το οποίο τελικά παράγει τους υδρογονάνθρακες, είναι αρχικά θαμμένο είτε με την μορφή κηρογόνου (αδιάλυτη μορφή), είτε με την μορφή πισσασφάλτου (διαλυτή μορφή σε οργανικούς διαλύτες). Η σύνθεση του στα διάφορα μητρικά πετρώματα ελέγχεται σημαντικά από τις συνθήκες ιζηματογένεσης και αντικατοπτρίζει πάντα τον όγκο του συνολικού οργανικού υλικού (TOC). χαμηλές συνθήκες ιζηματογένεσης + συνθήκες καλής οξυγόνωσης επιτρέπουν την διατήρηση μόνο του ινερτίνιτη. αναερόβιες συνθήκες επιτρέπουν την διατήρηση σχετικά μεγάλων ποσοτήτων λιπτινίτη με αποτέλεσμα την αύξηση του ενδεχόμενου γένεσης υδρογονάνθρακα. [27]

Η χημική σύνθεση του οργανικού υλικού που μετέπειτα θα δώσει τον υδρογονάνθρακα είναι : Ένυδροι άνθρακες (carbohydrates) είναι συνθετικά που λειτουργούν σαν πηγές ενέργειας και σαν ιστός υποστήριξης στα φυτά και σε μερικά ζώα, Πρωτεΐνες (proteins) είναι οργανικά συνθετικά που παρασκευάζονται από αμινοξέα και εκπληρούν μια ποικιλία από βιοχημικές λειτουργίες (ζωτικές για τις διαδικασίες της ζωής), Λιπίδια (lipids), βρίσκονται στους θαλάσσιους οργανισμούς και σε ορισμένα τμήματα των χερσαίων φυτών και είναι ικανά να δώσουν τον συνολικό όγκο του παγκόσμιου πετρελαίου. Είναι οργανικές ουσίες αδιάλυτες στο νερό και περιλαμβάνουν λύπη ζώων, φυτικά πετρέλαια και Ξυλίτες (lignin), υπάρχει μόνο στα χερσαία φυτά και δεν μπορεί να δώσει αξιοσημείωτες ποσότητες πετρελαίου, αλλά είναι σημαντική πηγή για αέριους υδρογονάνθρακες. Από αυτά, μόνο τα λιπίδια και οι ξυλίτες είναι ανθεκτικά και έχουν την δυνατότητα να ταφούν και να ενσωματωθούν στα ιζήματα. 4.3. Δημιουργία Πεδίων Υδρογονανθράκων Οι παράμετροι για την δημιουργία ενός πεδίου υδρογονανθράκων είναι οι εξής: Ύπαρξη μητρικού πετρώματος Ύπαρξη πετρώματος αποθήκευσης συγκέντρωσης (ταμιευτήρα) Ύπαρξη πετρώματος μόνωσης (μονωτήρας) Ύπαρξη παγίδων εγκλωβισμού και διατήρησης του παραγόμενου κοιτάσματος Ταυτόχρονη ύπαρξη όλων των παραπάνω. Σαν μητρικό πέτρωμα ορίζεται ένα ιζηματογενές πέτρωμα μέσα στο οποίο συντελείται η γένεση του υδρογονάνθρακα. Είναι λεπτόκοκκα ιζήματα από τα οποία θα απελευθερωθεί αρκετός υδρογονάνθρακας ώστε να σχηματιστεί μια αξιοσημείωτη συγκέντρωση αερίου. Τα οργανικά υλικά θάβονται αρχικά μέσα σε αργιλικές ιλύες και λιγότερο μέσα σε ασβεστιτικές ιλύες, μάργες και αποθέσεις άμμου. Το πετρέλαιο δημιουργείται από την αποσύνθεση θαλάσσιων ζώων και φυτών που θάφτηκαν κάτω από στοιβάδες λάσπης πριν από 400-500 εκατομμύρια χρόνια. Προέρχεται δηλαδή από την αναερόβια αποικοδόμηση πρωτεϊνών και υδατανθράκων φυτικής και ζωικής ύλης, καθώς και από πλαγκτόν και άλγες. [28]

Προϋποθέσεις για να χαρακτηριστεί ένα πέτρωμα ως μητρικό είναι: Το πέτρωμα - ίζημα να είναι λεπτόκοκκο Να επικρατούν ανοξικές συνθήκες για την διατήρηση του αποτιθέμενου υλικού Ο χρόνος μεταφοράς του οργανικού υλικού στην στήλη του νερού από την ευφωτική ζώνη στον πυθμένα. Εάν ο ρυθμός ιζηματογένεσης είναι αργός, υπάρχει περίπτωση το οργανικό υλικό να οξειδωθεί λόγω των συνθηκών που επικρατούν. Ένας γρήγορος ρυθμός ιζηματογένεσης μας εξασφαλίζει προφύλαξη του οργανικού υλικού μέσα σε ανοξικές συνθήκες. Τα μητρικά πετρώματα σχηματίζονται όταν μία μικρή αναλογία του Corg που συμμετέχει στον κύκλο του άνθρακα, θαφτεί σε ιζηματογενή περιβάλλοντα, όπου αναστέλλεται η οξείδωση. Μητρικά πετρώματα μπορεί να αποτελέσουν τα αμμώδη πετρώματα (όπως η ποτάμια, θαλάσσια και ξηρή άμμος, προσχωματικές αποθέσεις και άμμοι πυθμένα θαλασσών). Η απόδοση πετρελαίου από τα αποταμιευτήρια πετρώματα εξαρτάται από το ενεργό πορώδες και την διαπερατότητα. Επίσης σπουδαίο ρόλο παίζει και η πίεση του κοιτάσματος, ιδιαίτερα σε κοιτάσματα φυσικού αερίου. Τα κυριότερα αποταμιευτήρια πετρώματα είναι άμμος, ψαμμίτες, ασβεστόλιθοι και δολομίτες. Επίσης μπορούν να αποτελέσουν αποταμιευτήρια πετρώματα και οι μάργες, μαρμαριγιακοί λίθοι και άργιλοι, όπως και σπανίως στα πορώδη τμήματα κρυσταλλικών πετρωμάτων. Στις άμμους σημαντικό ρόλο παίζει το μέγεθος των κόκκων, η διαβάθμιση των κόκκων και η στρώση. 4.4. Τύποι κηρογόνου και σύνδεση τους με τους υδρογονάνθρακες Κηρογόνο είναι μια σειρά από γεωχημικές αντιδράσεις που υφίσταται το οργανικό υλικό λόγο της αύξησης της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της ταφής όπου οδηγείται σε βιοπολυμερή και γεωπολυμερή (εικόνα 4.2). Είναι αδιάλυτο σε οργανικούς διαλύτες εξαιτίας του μεγάλου του μοριακού βάρους. Όταν βρίσκεται σε διαλυμένη μορφή είναι γνωστό ως βιτουμένιο (δηλαδή πισσάσφαλτος και γενικότερα οποιοδήποτε υγρό με μεγάλο ιξώδες που δεν αναφλέγεται). Όταν θερμαίνεται σε κατάλληλη θερμοκρασία στο γήινο φλοιό το κηρογόνο απελευθερώνει πετρέλαιο (περίπου 90 ο C) και φυσικό αέριο (150 ο C) (εικόνα 4.3). [29]

Εικόνα 4.2. Σχέδιο εξέλιξης του οργανικού υλικού από νέο πλούσιο σε οργανικό υλικό ίζημα ή κάρβουνο στην βαθιά ταφής ζώνη μεταμορφισμού. Τα μητρικά πετρώματα παράγουν υδρογονάνθρακες (πετρέλαιο ή αέριο) ή μετασχηματίζονται σε κάρβουνο (αποβάλλοντας φυσικό αέριο ή πετρέλαιο). Το Ro αντικατοπτρίζει την ανάκλαση του βιτρινίτη (οπτική μέτρηση ή ωριμότητα). (Tissot & Wetle, 1984; Stach et al., 1982). Εικόνα 4.3. Οι κύριοι τύποι κηρογόνου και οι δυνατότητες γένεσης υδρογονανθράκων των υδρόβιων πετρελαϊκών πηγών πετρωμάτων και ρυθμός ιζηματογένεσης.(demaison & Moire 1980; Brooks et al.1987) [30]

Οι κύριοι τύποι του κηρογόνου (εικόνα 4.4) είναι οι εξής: Τύπος 1 (λιπτινικός τύπος) Περιέχει αλγινίτι, κυανοβακτήρια, άμορφο οργανικό υλικό, άλγες του γλυκού νερού και ρητίνες χερσαίων φυτών με ατομικούς λόγους H/C>1.25 και O/C<0.15 οι οποίοι δείχνουν μεγάλη τάση στον άμεσο σχηματισμό υγρών υδρογονανθράκων. Οι αποθέσεις είναι πλούσιες σε λιπτινίτη, τυπικά σκούρες και πλούσιες σε TΟC. Σχηματίζεται σε λίμνες, λιμνοθάλασσες αλλά και σε θαλάσσια περιβάλλοντα. Τύπος 2 (εξινιτικός τύπος) Έχουμε μεμβρανώδη φυτικά θραύσματα (σπόροι, γύρη, νεκρά φύλλα, κ.ά.), ρετσίνη και κερί. Σχηματίζονται στη χέρσο, λίμνες και σε ωκεανούς. Εμφανίζουν υψηλή αναλογία H/C<1.25 (αλλά μικρότερη του λιπτινίτη) και μέτριο λόγο 0.03<O/C<0,18. Έχουν καλή δυνατότητα γένεσης πετρελαίου, συμπυκνωμάτων και υγρού αερίου. Τύπος 3 (βιτρινιτικός τύπος) Δημιουργείται από ξυλώδη υλικά ανώτερων φυτών. Εμφανίζουν χαμηλή αναλογία H/C<1 και μία αρχικά υψηλή αναλογία 0.03<O/C<0.3. Αυτός ο τύπος είναι το κύριο συνθετικό για τα περισσότερα είδη κάρβουνου. Σχηματίζεται σε θαλάσσια και λιμναία συστήματα και έχει μια μεγάλη δυνατότητα για τη γένεση αέριων υδρογονανθράκων αλλά περιορισμένη γένεση πετρελαίου και συμπυκνωμάτων. Τύπος 4 (ινερτινιτικός τύπος) Έχουμε μαύρα αδιαφανή θραύσματα υψηλής μεταμόρφωσης, συνήθως επανατοποθετιμένων παλαιών οργανικών υλικών που κύρια προέρχονται από φυτά. Εξαιτίας της αρχικής οξείδωσης και /ή του υψηλού επιπέδου ανθρακοποίησης, το ποσοστό υδρογόνου και η αναλογία H/C<0.5 του ινερτινίτη είναι πολύ χαμηλά. Τα πετρώματα που περιέχουν ινερτινίτη πρακτικά δεν έχουν καμία δυνατότητα για πετρέλαιο και αέριο. [31]

Εικόνα 4.4. Τύποι κηρογόνου στο διάγραμμα Van Krevelen που δείχνει τις αναλογίες H/C και O/C καθώς και δρόμους τις οργανικής ωρίμανσης (Brooks et al.1987). Με την αύξηση του βάθους ταφής και της θερμοκρασίας, η σύνθεση του κηρογόνου μετακινείται σε χαμηλότερες τιμές H/C και O/C. 4.5. Πρωτογενής και Δευτερογενής μετανάστευση Ένας πολύ πρακτικός κανόνας αναφέρει ότι 1300m 3 έως 5000m 3 πετρελαίου είναι δυνατόν να σχηματισθούν ανά km 2 ιζήματος, για κάθε ποσοστιαία μονάδα οργανικής προέλευσης άνθρακα σε ώριμα μητρικά πετρώματα, με την προϋπόθεση, βέβαια, ότι όλο το πετρέλαιο που θα σχηματισθεί θα παγιδευτεί τελικά σε κάποιο πορώδες πέτρωμα. Ο μηχανισμός της μετανάστευσης του πετρελαίου από το μητρικό πέτρωμα δεν έχει γίνει απόλυτα κατανοητός. Αφού η δημιουργία του πετρελαίου συνοδεύεται από μεταβολές όγκου, αυτές μπορεί να αποτελούν την αιτία έναρξης μικρορωγμών στο μητρικό πέτρωμα, οι οποίες παρέχουν δίοδο διαφυγής σε περατά συστήματα. Καθώς η πίεση ελαττώνεται, λόγω της εκτόνωσης, οι μικρορωγμές στο μητρικό πέτρωμα ξανακλείνουν. Η καθ αυτό κίνηση του πετρελαίου μπορεί να γίνει είτε εν διαλύσει σε νερό, είτε ως διακριτή φάση πετρελαίου ή αερίου, χωρίς όμως να υπάρχει ταύτιση απόψεων για την πιθανότερη εκδοχή. Η διαδικασία της μετανάστευσης περιλαμβάνει δύο στάδια: αρχικά μέσω του μητρικού πετρώματος και στη συνέχεια μέσω ενός περατού συστήματος (εικόνα 4.5). Η μετανάστευση στο περατό σύστημα πραγματοποιείται λόγω της διαφοράς πυκνότητας των ρευστών, και οδηγεί τους υδρογονάνθρακες είτε στην επιφάνεια, είτε σε κάποιο σχηματισμό όπου παγιδεύονται (παγίδα - [32]

trap). Μπορούμε με ασφάλεια να υποθέσουμε ότι λιγότερο από το 10% του πετρελαίου που δημιουργείται στο μητρικό πέτρωμα απωθείται και παγιδεύεται σε κάποιο περατό πέτρωμα. Εικόνα 4.5. Μετανάστευση πετρελαίου (Σταματάκη, 2005). Το πρώτο στάδιο της μετανάστευσης (από το μητρικό πέτρωμα σε ένα περισσότερο πορώδες γειτονικό περιβάλλον) καλείται πρωτογενής μετανάστευση (primary migration). Το επόμενο στάδιο, μέσα στο πορώδες περιβάλλον σε ανώτερα τοπογραφικά σημεία (μέσω ρηγμάτων ή ρωγματομένων ζωνών) έως ότου παγιδευτεί, καλείται δευτερογενής μετανάστευση (secondary migration). 4.4.1. Πρωτογενής μετανάστευση Αποβολή υδρογονανθράκων από το μητρικό πέτρωμα διαμέσου μικροδομών που δικαιολογείται από την υπερπίεση. Οι αιτίες της υπερπίεσης είναι: Συνδυασμός της γένεσης πετρελαίου και αερίων Διαστολή των ρευστών σε αυξημένες θερμοκρασίες Συμπύκνωση των μεμονωμένων μονάδων μητρικού πετρώματος Απελευθέρωση του νερού σε αφυδατωμένα αργιλικά ορυκτά. Τα μικροσπασίματα που προκαλούνται από την πίεση, την απελευθερώνουν, επιτρέποντας ταυτόχρονα και την μετανάστευση του πετρελαίου έξω από το μητρικό πέτρωμα και μέσα σε γειτονικά στρώματα μεταφοράς, από τα οποία ξεκινά και η δευτερογενής μετανάστευση. 4.5.2. Δευτερογενής μετανάστευση Εμφανίζεται με την μορφή πολυφασικών ροών, δηλαδή ως σταγόνες πετρελαίου ή φυσαλίδες αερίου στο νερό των πόρων που τείνουν να κινηθούν προς τα πάνω λόγω της πλευστότητας ή οδηγούμενες από υδραυλικές συνθήκες, καταλήγοντας είτε στην επιφάνεια, είτε σε παγίδες. Εάν μια παγίδα διαμελιστεί κάποια στιγμή, τότε το πετρέλαιο που είχε συγκεντρωθεί σε αυτήν, ξανά μεταναστεύει είτε προς άλλες παγίδες, είτε προς την επιφάνεια (εκροή). Επίσης ένα ρήγμα (ζώνες [33]

ρηγμάτων) μπορούν να λειτουργήσουν ως αγωγοί αλλά και ως φραγμοί στη δευτερογενή μετανάστευση. 4.6. Πορώδες Αν θεωρήσουμε ένα δείγμα πετρώματος, ο φαινόμενος (ολικός) όγκος του είναι VT και συνίσταται από τον όγκο που καταλαμβάνουν οι κόκκοι του πετρώματος (Vs) και από τον όγκο των κενών (πόρων) του πετρώματος, Vp (εικόνα 4.6). Το πορώδες (φ) δίδεται από τη σχέση : Φ = Vp / VT ( σε %) Το πορώδες, ανάλογα με την προέλευσή του, χαρακτηρίζεται ως πρωτογενές ή δευτερογενές. Το πρωτογενές πορώδες δημιουργείται κατά τη διάρκεια της ιζηματογένεσης και αποτελείται είτε από τα διάκενα μεταξύ των κόκκων (διακοκκικό - intergranular) είτε από διάκενα μέσα στη δομή των κόκκων (ενδοσωματιδιακό - intraparticle). Το δευτερογενές πορώδες μπορεί να δημιουργηθεί από διεργασίες διάλυσης, αφυδάτωσης ή ανακρυστάλλωσης, που προκαλούνται αργότερα στον ταμιευτήρα ή από τεκτονικές δράσεις οι οποίες επιφέρουν ρωγματώσεις και πτυχώσεις. Οι ψαμμίτες χαρακτηρίζονται κυρίως από διακοκκικό πορώδες, ενώ τα ανθρακικά πετρώματα έχουν μόνο δευτερογενές πορώδες. Το πορώδες που ενδιαφέρει από την πλευρά της μηχανικής πετρελαίων είναι εκείνο που επιτρέπει την κυκλοφορία των ρευστών μέσα στο σχηματισμό, επομένως, εκείνο που αντιστοιχεί σε πόρους που επικοινωνούν (συνδέονται) μεταξύ των (ενεργό πορώδες - effective porosity). Ως υπολειμματικό πορώδες (residual porosity) ορίζεται εκείνο που αντιστοιχεί στο ποσοστό των πόρων (κενών) οι οποίο είναι απομονωμένοι μεταξύ τους. Το πορώδες ενός πετρώματος εξαρτάται από τον τρόπο που έχουν ταξινομηθεί τα μόρια που συντελούν το πέτρωμα (οι κόκκοι), κατά την απόθεση του. Επηρεάζεται επίσης από την διαγένεση, το σχήμα του (σφαιρικότητα - στρογγυλότητα). Θεωρητικά είναι ανεξάρτητο του κοκκομετρικού μεγέθους. 4.7. Διαπερατότητα Κατά τη διάρκεια της παραγωγής, τα ρευστά κυκλοφορούν στους πόρους του σχηματισμού με σχετικά μικρή ή μεγάλη δυσκολία εξαρτώμενη από τα χαρακτηριστικά του πορώδους μέσου. Ως ειδική ή απόλυτη διαπερατότητα (specific or absolute permeability) ορίζεται η ικανότητα του πορώδους μέσου να επιτρέπει σε ένα ρευστό με το οποίο είναι κορεσμένο να ρέει μέσω των πόρων του (εικόνα 4.7). Η διαπερατότητα ορίζεται μαθηματικά από το νόμο του Darcy : [34]

Θεωρούμε ένα οριζόντιο δείγμα κυλινδρικής μορφής, μήκους x και επιφάνειας Α, κορεσμένο με ένα ρευστό ιξώδους μ. Κατά μήκος του δείγματος υπάρχει μεταβολή της πίεσης (ΔΡ). Το ρευστό ρέει μόνο κατά την οριζόντια διεύθυνση με παροχή Q. Ο νόμος του Darcy εκφράζει τη σχέση μεταξύ των ανωτέρω μεγεθών ως : Q = A*k* ΔP/ (μ*x) Η διαφορική έκφραση της εξίσωσης του Darcy έχει τη μορφή: Q = - A*k*dP/ (μ*dx) Η μεταβολή της πίεσης (dp/dx) είναι και η δύναμη που ωθεί το ρευστό να ρέει μέσω του πορώδους μέσου. Το αρνητικό πρόσημο επιβάλλεται διότι η παράγωγος dp/dx είναι αρνητική. Ο συντελεστής k είναι η ειδική ή απόλυτη διαπερατότητα του πορώδους μέσου, είναι ανεξάρτητη από το ρευστό που έχει χρησιμοποιηθεί και αναφέρεται στη διεύθυνση ροής που έχει εφαρμοστεί (σε ένα πορώδες μέσο η διαπερατότητα μεταβάλλεται κατά την οριζόντια και κατά την κατακόρυφη διεύθυνση). Η διαπερατότητα εκφράζεται σε μονάδες επιφάνειας και η επικρατέστερη μονάδα για τη διαπερατότητα είναι το Darcy (D) ή η υποδιαίρεσή της το millidarcy (md). Επομένως, ένα πορώδες μέσο έχει διαπερατότητα ίση με ένα Darcy όταν ένα μονοφασικό ρευστό ιξώδους 1 cp, ρέει μέσω πόρων διατομής 1 cm 2, με μια παροχή 1cm 3 /sec, υφιστάμενο πτώσης πίεσης ισοδύναμη με 1 atm/cm διανυθείσας απόστασης. (1 millidarcy= 0,987 x 10-15 m 2 ). Πρέπει να αναφέρουμε ότι η διαπερατότητα είναι ανεξάρτητη του πορώδους, αν και είναι προφανές ότι ένα πέτρωμα με μηδενικό πορώδες, δεν είναι και διαπερατό. Για να υπολογιστεί η διαπερατότητα σε μια περιοχή στρωμάτων αποθήκευσης πετρελαίου, είναι απαραίτητο να εξετάσουμε δείγματα πετρωμάτων από αυτά. Τα στρώματα αυτά, συχνά παρουσιάζουν ένα δευτερογενές πορώδες και διαπερατότητα που οφείλεται σε ρωγμές και διακλάσεις. Εικόνα 4.6. Τα κενά ανάμεσα στους κόκκους που αποτελούν το πορώδες. (Πηγή: http://mpgpetroleum.com/fundamentals.html) Εικόνα 4.7. Η σύνδεση των πόρων μεταξύ των κόκκων που αποτελούν την διαπερατότητα του πετρώματος. (Πηγή: http://mpgpetroleum.com/fundamentals.html) [35]